ТЕМА
Цифровые электронные устройства (ЦЭУ)
Разработал доц. Никаноров В.Б.
Разработал Никаноров В.Б. |
1 |
1.Основные понятия
•ЦЭУ - устройства, предназначенные для получения, хранения и преобразования средствами электроники дискретной информации, представленной цифровыми кодами.
•Интегральная микросхема (ИМ) – совокупность нескольких взаимосвязанных транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов и т.п.
•ИМ изготовлена в одном технологическом цикле на одной и той же несущей конструкции (подложке) и выполняет определенную функцию преобразования электрического сигнала.
•Преимущества:
Высокая надежность и качество,
Малые размеры и масса,
Низкая стоимость.
•Обеспечивают ИМ широкое применение во многих отраслях промышленности.
•Основу современной электроники составляют полупроводниковые ИМ.
•Различают два класса ИМ:
Биполярные – на основе биполярных n-p-n транзисторов,
МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) на основе МДП полевых транзисторов. Разработал Никаноров В. 2
Б.
2.Логические элементы
• - широко используются в системах обработки информации с
использованием цифровых методов.
•Логические сообщения – такие сообщения, истинность или ложность которых может быть оценена однозначно.
•Например, «компьютер включен», «по ЭЦ протекает ток».
•Логическая функция – математический эквивалент логического сообщения. Логическая функция принимает только два значения: 0
– ложно и 1 – истинно.
•Логическая функция А = 1, если сообщение истинно («компьютер включен», если он действительно включен)
•А=0, если это сообщение ложно (компьютер на самом деле выключен).
•Логические сообщения широко используют:
при описании работы САУ,
порядка проведения вычислительных работ,
последовательности операций технологических процессов и т.д.
•Важны не только логические сообщения, но и связи между ними (например, «компьютер включен, если включен тумблер и загружена операционная система»)
• Для математического описанияРазработалсвязейНиканоровмеждуВ. |
логическими |
3 |
сообщениями используют логические операции |
|
|
Б. |
|
|
3.Основные логические операции
• 1. Операция «НЕ» (логическое отрицание, инверсия).
F x (читается: «не х»)
Пример: функция х – «компьютер включен» , функция x
- «компьютер не включен». Определяется таблицей истинности
Логические операции могут быть реализованы с помощью электрических схем – логических элементов (ЛЭ)
Условное обозначение
Временные диаграммы входных и выходных сигналов
Схемная реализация с помощью транзисторного ключа (элемент транзисторной логики –ТЛ):
При Uвх=0 (Х=0) Тр. закрыт Uкэ≈Е |
|
→ F=1 |
|
При U ≠0 (Х=1) Тр. открыт U ≈0 |
|
Разработал Никано ов В. |
|
→ F=0вхБ. |
кэ |
x
4
• |
2. Операция «ИЛИ» (логическое сложение или |
|
|
|
|
|
дизъюнкция). |
A |
B |
F |
|
• |
F=A+B или F=A B (читается А или В) |
||||
0 |
0 |
0 |
|||
|
Определяется таблицей истинности |
||||
|
0 |
1 |
1 |
||
Пример: «полиграфическая машина может быть |
|||||
1 |
0 |
1 |
|||
включена ключом на пульте оператора или по |
|||||
1 |
1 |
1 |
|||
команде ЭВМ» |
|||||
|
Условное обозначение |
|
|
|
|
Временные диаграммы входных и выходных сигналов |
Реализация элемента ИЛИ |
Диодная схема |
на ключах |
Напряжение на |
Потенциал Е принимаем за |
|
логическую 1 |
нагрузке 1, если |
Потенциал 0 – за логический 0. |
на анод хотя бы |
На нагрузке Е, |
одного диода |
если замкнут |
подан |
ключ А (А=1) |
|
или ключ В |
положительный |
(В=1) или |
|
Разработал Никаноров В. |
|
замкнуты А и В |
потенциал Е |
(а=В=1)Б. |
|
• 3. Операция «И» (логическое умножение или |
|
|
|
|
конъюнкция) |
A |
B |
F |
|
F=AB или F=A B (читается А и В) |
||||
0 |
0 |
0 |
||
Определяется таблицей истинности |
||||
Пример: «Студент на экзамене должен решить задачу |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
||
и ответить на теоретический вопрос» |
||||
Условное обозначение |
1 |
1 |
1 |
Временные диаграммы входных и выходных сигналов |
Реализация элемента И на |
Диодная схема |
ключах |
Напряжение на |
Потенциал Е принимаем за |
|
логическую 1 |
нагрузке 1, если |
Потенциал 0 – за логический 0. |
на аноды всех |
На нагрузке Е, |
диодов подан |
если замкнут |
положительный |
ключ А (А=1) |
|
и ключ В |
потенциал Е и |
(В=1), в |
они закрыты. |
остальных |
|
Разработал Никаноров В. |
|
случаях на |
|
Б. |
|
нагрузке 0. |
|
4.Комбинированные ЛЭ
• На практике применяют ЛЭ, реализующие две или более |
|
|
|
|
|||||||||
логические операции. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
A |
B |
F |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ИЛИ - НЕ |
F A B C |
Таблица |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
0 |
|
0 |
|
1 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
истинности |
|
|
|
|
|
|
||
= |
|
|
|
0 |
|
1 |
|
0 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
0 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
B |
|
F |
|
|
И - НЕ F ABC |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Таблица |
|
0 |
|
0 |
|
1 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
= |
|
|
|
|
истинности |
|
0 |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
0 |
|
|
При проектировании ЛЭ стремятся использовать ограниченную |
|
|
номенклатуру ЛЭ |
|
|
Любое устройство может быть реализовано только на элементах |
7 |
|
ИЛИ-НЕ или И-НЕ. |
Разработал Никаноров В. |
|
Б. |
|
|
Лекция
№16
Разработал Никаноров В.Б. |
8 |
5.Реализация логических устройств с
помощью И-НЕ
1 Операция НЕ на одном ЛЭ
F AA A
2.Операция И на двух ЛЭ
F AB AB
3.Операция ИЛИ на трех ЛЭ
F = A + B = A + B
Разработал
Б.
6.Техническая реализация И-НЕ
•ЛЭ «И-НЕ» реализован с помощью транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Элементы ТТЛ имеют большее быстродействие, чем ранее рассмотренные ЛЭ, реализованные с помощью схем диодно-транзисторной логики (ДТЛ).
•Основой класса ТТЛ элементов является использование многоэмиттерного транзистора (ТМ), заменяющего диоды в схемах ДТЛ.
•Отличие ТМ состоит в наличии нескольких эмиттерных областей с общими базовыми и коллекторными слоями.
Операция И – на ТМ транзисторе (VT1);
Операция НЕ – на простом инверторе (VT2).
При «1» на всех входах φЭ> φБ транзистора VT1 и все три перехода Э-Б закрыты,
Переход Б-К открыт приложенным в прямом направлении Еп (+ к базе), ток Ik транзистора VT1 проходит через Э-Б VT2, переводя его врежим
насыщения. Разработал Никаноров
На входе VT2 появляетсяБ0. .( работает как инвертор)
•При «0» сигнала хотя бы на одном входе Uэ<Uб, Э-Б переход VT1 открыт, ток протекает по этому переходу, ток базы VT2 стремиться к нулю, VT2 – закрыт и на его выходе появляется потенциал «1».
Разработал Никаноров В. |
11 |
Б. |
|